Американские ученые улучшили конструкцию литиевых батарей для решения проблем внутреннего короткого замыкания

Недавно ученые-исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США заявили, что они разработали внутреннее устройство короткого замыкания и успешно подали заявку на патентную защиту. Автоматический выключатель может имитировать внутренние дефекты, которые могут вызвать повышение температуры литий-ионных батарей и, в конечном итоге, привести к потере тепла. Основная цель исследования и разработки внутреннего прерывателя короткого замыкания состоит в том, чтобы определить основную причину повышения температуры и тепловых потерь литий-ионной батареи путем моделирования внутренних дефектов литий-ионной батареи и, наконец, улучшить конструкцию литий-ионной батареи. литий-ионный аккумулятор.

В процессе исследований и разработок Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США сотрудничала с НАСА в этом проекте. Основное содержание сотрудничества - совместными усилиями разработать новый и более точный внутренний прерыватель короткого замыкания, чтобы предсказать дальнейшее поведение после короткого замыкания батареи. Наконец, соответствующий механизм безопасности может быть установлен при проектировании одиночной батареи или батарейного стека. На данный момент первые продукты вышеупомянутого проекта внутреннего короткозамкнутого выключателя были успешно применены в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, НАСА и производителях литиевых батарей. Вышеупомянутые внутренние устройства защиты от короткого замыкания могут эффективно помочь указанным выше пользователям узнать о влиянии внутренних дефектов батареи и соответствующих решениях.

Проблема короткого замыкания в литиевых батареях обычно вызывается многими факторами, самый фундаментальный из которых вызван небольшими внутренними дефектами. Например, если небольшое количество постороннего материала случайно добавлено в батарею во время производственного процесса, батарея будет иметь некоторые внутренние дефекты.

Внутренний автоматический выключатель Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в США может не только прогнозировать производительность батареи, но и предотвращать воздействие окружающей среды на батарею и потерю тепла. Если проблема с коротким замыканием действительно возникает внутри элемента, ограничение потери тепла одним элементом эффективно уменьшит повреждение всей батареи. Использование внутренних автоматических выключателей может помочь производителям литиевых батарей оптимизировать конструкцию своих батарей, чтобы минимизировать тепловые потери всей батареи. Среди мер, обычно используемых для оптимизации конструкции аккумуляторных конструкций, - добавление защитных барьеров между элементами ячеек, обеспечение ограничения потерь элементов и создание специального превентивного механизма между подключениями к источникам питания элементов.

Новый внутренний автоматический выключатель представляет собой революционную конструкцию для текущих мер по внутреннему короткому замыканию. В настоящее время меры, которые могут активно способствовать внутреннему короткому замыканию батареи, в основном включают прокалывание гвоздя, прокалывание жесткого стержня, удар батареи, добавление обратного напряжения к батарее и повышение температуры батареи. Было обнаружено, что как структура, встроенная во внутреннюю часть батареи, внутреннее устройство короткого замыкания может эффективно имитировать внутренний дефект батареи. В то же время, благодаря применению внутреннего автоматического выключателя, внутреннее короткое замыкание батареи может быть экспериментально изучено без повреждения внешней структуры батареи.

По сравнению с традиционными внутренними средствами защиты от короткого замыкания, внутреннее устройство защиты от короткого замыкания представляет собой своего рода переключатель управления теплом, который полностью встроен внутрь батареи. Его рабочий процесс достаточно надежен и к тому же вполне управляем. Его также можно разместить в любом положении внутри батареи, и он также может имитировать все четыре метода короткого замыкания, включая короткое замыкание электрод-электрод, короткое замыкание электрод-катод, короткое замыкание электрод-анод и короткое замыкание катод-анод. Разным методам короткого замыкания соответствуют разные реакции.

Внутренняя структура нового внутреннего устройства короткого замыкания состоит из небольшого медно-алюминиевого диска, медного шарика, полиэтиленового или полипропиленового сепаратора и слоя восковой пленки (толщина восковой пленки эквивалентна диаметру волосяной ПРОВОДКИ. ). После того, как внутренний прерыватель короткого замыкания помещен в батарею, восковая пленка на поверхности внутреннего прерывателя короткого замыкания может быть расплавлена путем нагрева внутреннего прерывателя короткого замыкания, так что металлические части внутри короткого замыкания могут контактировать друг с другом и в конечном итоге вызвать короткое замыкание. После короткого замыкания внутри батареи датчики, расположенные внутри и снаружи батареи, начинают работать, чтобы регистрировать последующую реакцию батареи.

Проблема восковой пленки - это дальнейшие исследования внутреннего прерывателя короткого замыкания. Температура плавления парафина составляет 30 ° C -150 ° C, но исследователи обнаружили, что парафин, используемый в вышеуказанных внутренних прерывателях короткого замыкания, недостаточно гибкий, чтобы сломаться, и по этой причине может быть сломан во время установки в аккумулятор. В конце концов, исследователи решили использовать микрокристаллический парафин, который является более эластичным и широко используется в непромышленных применениях, таких как косметика и лак для волос. Смешивая вышеупомянутый микрокристаллический парафин с обычным парафином, мы можем получить парафиновые материалы, которые отвечают требованиям внутреннего прерывателя короткого замыкания в отношении адгезии, гибкости и твердости.

К настоящему времени Кейзер и его команда проводили исследования в области технологии внутренних выключателей короткого замыкания более пяти лет. Сейчас она ведет переговоры с различными производителями аккумуляторов по конкретным вопросам коммерческого сотрудничества, конечной целью которых является продвижение широкого спектра применений своих внутренних прерывателей короткого замыкания.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США заявила, что продолжит сотрудничество с НАСА по вопросам безопасности аэрокосмических батарей. В то же время все больше и больше производителей аккумуляторов начали соглашаться на использование вышеупомянутых новых внутренних прерывателей короткого замыкания. В дополнение к внутренним автоматическим выключателям исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в США также использовали различные модели и различные инструменты моделирования для всестороннего изучения безопасности батарей на нескольких физических уровнях. На молекулярном уровне оптимальная конструкция поверхности электрода батареи может эффективно уменьшить разложение электрода и соответствующие проблемы образования газа. На уровне батареи тренд изменения внутреннего давления получается путем моделирования.

Страница содержит содержимое машинного перевода.